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[摘要]高密度电法是近年新兴的物探方法，广泛应用于多个工程领域。地下隐伏采空区的存在严重威胁着生产和人员的安全，运用科学的手段对采空区进行准确探测显得非常重要。本文通过高密度电法实测剖面的视电阻率异常特征，推断可能出现采空区的位置，经钻探验证，证实取得良好的效果。最后提出了一些采空区探测值得借鉴的经验。
[关键词]高密度电法 采空区 视电阻率
[中图分类号] P631.3[文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-144-3
1引言
高密度电法是近年来新兴的物探方法。在地质灾害调查、坝基及桥墩选址勘查、物探找水、采空区探测等方面得到了广泛的应用，效果显著。主要有[2-6]：刘晓东等将高密度电法用在岩溶地质调查中了解基岩岩溶发育情况、勘查基岩断裂构造、划分岩溶区域，取得了良好的效果。杨湘生在湘西北岩溶石山区找水中应用高密度电法，在确定最佳井位方面也发挥了重要作用。辛思华等应用高密度电法勘查煤采空区，从探测的异常变化特征精确推断出地下采空区的具体位置，达到了勘查的目的和要求。
我国许多矿山，由于开采不规范，特别是民营矿山。致使地下存在许多不明采空区，其规模不一，分布无序。采空区以空洞形式保留了下来，但有的已经被水或粘土等物质充填，有的在覆盖层重力的作用下已经塌陷。这些采空区的存在，给正常采矿、安全生产构成极大威胁。因此对他们进行准确探测显得极为重要。
采空区探测的物探方法有很多，常用的主要有地质雷达、浅层地震法和高密度电法。地质雷达对浅部的采空区具有较好的效果，对于深部的采空区就比较难识别，特别是在低电阻率区域，高频电磁波能量在地下衰减剧烈，探测深度受到很大限制；浅层地震法是根据地震波的同向轴错动或缺失、能量减弱等标志来推断采空区，可以圈定采空区顶板界面的大致形态和位置，但对规模大小、具体形态难以做出准确的推断；高密度电法集电剖面法和电测深法为一体，可快速准确测量地下地质体横向和纵向的视电阻率变化，其探测精度高，解译结果直观。因此，在采空区探测中被广泛应用。
2高密度电法的原理
高密度电法的基本原理和常规电法基本相同。是以地壳不同岩（矿）石的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律以达到解决地质问题的一类地球物理勘探方法[1]。与常规电法一样，通过AB电极向地下供电流I，然后在MN电极测量电位差UMN，根据公式ρS=K？UMN/I，即可得到不同电性地质体的视电阻率ρS，从视电阻率ρS的变化规律即可推断地质体或地层的分布。（K为探测装置系数，I为供电电流。）
3高密度电法的特点
高密度电法是一种阵列勘探方法。其观测系统主要分为数据采集与资料处理两部分（如图1）。数据采集部分由主机、多路转换器等组成，资料处理由计算机、打印机等组成。
高密度电法是高精度的直流电法。它是集电剖面法和电测深法为一体，既能提供探测地质体在某一深度的水平方向的电性变化情况，也能反映地质体沿垂直方向不同深度的电性变化情况。高密度电法的主要有以下特点[7]：（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础；（2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息；（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需2～5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误；（4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件；（5）与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。
4高密度电法在采空区探测中的应用实例
高密度电法是以被探测目标体和周围介质存在明显的电阻率差异为前提，而采空区与围岩之间都普遍存在着明显的电阻率差异。地层通常都是连续完整分布，同一层位的岩性特征比较均一，没有被采空或坍塌情况下，在电阻率断面图上一般不会出现较明显的高阻或低阻异常，等值线往往呈平缓展布。被开采后，破坏了原地层的完整性、连续性，局部岩性特征发生变化，电阻率等值线在异常地段也会出现较为明显的起伏或凌乱变化，根据等值异常线发生转折变化的拐点可以圈定采空区的边界范围。
应用高密度电法探测采空区以来，先后在广东省大宝山矿和南雄江头莹矿开展高密度电法工作，目的是查明该地区的采空区分布情况，为其综合治理提供理论依据，确保矿山生产和人员安全。
4.1高密度电法在广东省大宝山矿采空区探测中的应用
测区内出露地层主要为上古生代泥盆纪的一套地台坳陷型沉积，由河流滨海相砂页岩、砾岩至浅海相碎屑岩和火山岩组成。大宝山矿区为多金属矿区，矿产种类多（上有褐铁矿、菱铁矿；中有铜、铅、锌、硫等矿；下有钼矿），矿场规模宏大。采空区多因中深部的铜、铅、锌、硫等多金属矿被无序开采而存在。
通过地质资料对比及物性统计测量，多金属矿体电阻率一般在10～60Ω.m。而采空的区域由空气充填，电阻率会大幅增加，相对矿体围岩而言表现为高电阻率特征。这种电性差异为应用高密度电法探测采空区提供了较好的物性前提。因此，运用高密度电法探测采空区，主要根据高阻异常特征基本上可以判断采空区的位置和规模。
测区内主要存在有采矿施工、车辆运输等人工干扰，以及区域内底层产状陡峭、分布不均匀等。测量选用四级测深装置，点距为5m，该装置能获取最大的测量电流，有效地压制干扰。物探成果采用电阻率断面等值线图表示，选取10号线和75号线成果为例，分别如图2和图3。
图2中出现两处电阻率明显偏高的异常区域，呈封闭高阻圈。但整体看异常呈长轴状分布，且有从深部向浅部延伸的特点，因此推测其可能为采空区及采空区巷道；图3同样有高异常区域存在，表现为封闭的高阻圈或在下部有对应的高阻突起，推测其为采空区。为了验证这些异常，图2选择在水平距离50m处进行钻探，结果表明钻孔进尺在40m处掉钻近20m；图3选择水平距离210m处进行钻探，结果表明钻孔进尺在45m处掉钻近20m。 4.2高密度电法在南雄莹石矿中的应用
测区位于莹矿有限公司大院内，院内有房屋及采矿设备等，在院内地表已发现小规模开裂、塌陷，矿区已停止生产，采空区的存在严重威胁着生命和财产安全。测区覆盖层为粘土，其视电阻率一般40～250Ω.m。图4为1号线电阻率断面等值线成果图。
测线呈东西向展布，水平距离115～120m段为地表塌陷，在水平距离30m正南方向约15m为采矿斜井。由图可见：电阻率总体趋势上低下高，变化范围从几十到几百欧姆.米。在110～125m段浅部出现小高阻异常。深部的异常表现为半封闭高阻圈。其整体形态特征呈倒“V”型高阻异常。根据实地电阻率异常特征，结合收集到的采矿资料，推断水平距离41～63m、111～129m的高阻异常为采空区异常，埋深分别为20～35m、30～50m。为了验证这些异常，选择50米位置进行钻探，钻孔进尺25米处掉钻7米。
5结语
通过对实例的异常分析以及钻探验证，说明高密度电法探测采空区是有效 的，其推测采空区异常范围及深度与实际比较吻合；解释图件采用电阻率断面等值线图表示，能直观地反映地下地质体的结构特征，根据封闭、半封闭高阻圈等异常特征识别采空区效果显著。
在采空区探测中，须了解围岩与采空区的电性特征。在地形条件、地电条件相对复杂的地区进行探测时，应进行综合物探勘查，尽可能的获取更多的物探资料，进行综合解释。在资料解释过程中，尽可能结合已知断面或钻探结果进行解释，然后结合地下实际情况，不能用同一种推断进行解释，分别考虑采空区是干燥或填充水或已经塌陷等情况，分别对所得到的异常信息作出判断。
The Application of High Density Resitivity Method To Detecting Goaf
Che Haiqing Xiao Xiuming Zhu Hua
（Reseach Institue NO.290.CNNC，Guangdong Shaoguan 512026）
Abstract： The high density resitivity method is a new geophysical method which widely applied to engineering field. Hidden goaf threatens production and people’s safety. The most important is using the scientific and reasonable method to detect goaf. In this paper， accrosing to studying the apperaere resistivity anomaly which from actual profile of high density resitivity method， and the drilling tests show that the effect is good. Finally， the paper provids some applications for detecting goaf.
Key words： High density resitivity method； Goaf； Apparent resistivity
[关键词]高密度电法 采空区 视电阻率
[中图分类号] P631.3[文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-144-3
1引言
高密度电法是近年来新兴的物探方法。在地质灾害调查、坝基及桥墩选址勘查、物探找水、采空区探测等方面得到了广泛的应用，效果显著。主要有[2-6]：刘晓东等将高密度电法用在岩溶地质调查中了解基岩岩溶发育情况、勘查基岩断裂构造、划分岩溶区域，取得了良好的效果。杨湘生在湘西北岩溶石山区找水中应用高密度电法，在确定最佳井位方面也发挥了重要作用。辛思华等应用高密度电法勘查煤采空区，从探测的异常变化特征精确推断出地下采空区的具体位置，达到了勘查的目的和要求。
我国许多矿山，由于开采不规范，特别是民营矿山。致使地下存在许多不明采空区，其规模不一，分布无序。采空区以空洞形式保留了下来，但有的已经被水或粘土等物质充填，有的在覆盖层重力的作用下已经塌陷。这些采空区的存在，给正常采矿、安全生产构成极大威胁。因此对他们进行准确探测显得极为重要。
采空区探测的物探方法有很多，常用的主要有地质雷达、浅层地震法和高密度电法。地质雷达对浅部的采空区具有较好的效果，对于深部的采空区就比较难识别，特别是在低电阻率区域，高频电磁波能量在地下衰减剧烈，探测深度受到很大限制；浅层地震法是根据地震波的同向轴错动或缺失、能量减弱等标志来推断采空区，可以圈定采空区顶板界面的大致形态和位置，但对规模大小、具体形态难以做出准确的推断；高密度电法集电剖面法和电测深法为一体，可快速准确测量地下地质体横向和纵向的视电阻率变化，其探测精度高，解译结果直观。因此，在采空区探测中被广泛应用。
2高密度电法的原理
高密度电法的基本原理和常规电法基本相同。是以地壳不同岩（矿）石的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律以达到解决地质问题的一类地球物理勘探方法[1]。与常规电法一样，通过AB电极向地下供电流I，然后在MN电极测量电位差UMN，根据公式ρS=K？UMN/I，即可得到不同电性地质体的视电阻率ρS，从视电阻率ρS的变化规律即可推断地质体或地层的分布。（K为探测装置系数，I为供电电流。）
3高密度电法的特点
高密度电法是一种阵列勘探方法。其观测系统主要分为数据采集与资料处理两部分（如图1）。数据采集部分由主机、多路转换器等组成，资料处理由计算机、打印机等组成。
高密度电法是高精度的直流电法。它是集电剖面法和电测深法为一体，既能提供探测地质体在某一深度的水平方向的电性变化情况，也能反映地质体沿垂直方向不同深度的电性变化情况。高密度电法的主要有以下特点[7]：（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础；（2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息；（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需2～5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误；（4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件；（5）与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。
4高密度电法在采空区探测中的应用实例
高密度电法是以被探测目标体和周围介质存在明显的电阻率差异为前提，而采空区与围岩之间都普遍存在着明显的电阻率差异。地层通常都是连续完整分布，同一层位的岩性特征比较均一，没有被采空或坍塌情况下，在电阻率断面图上一般不会出现较明显的高阻或低阻异常，等值线往往呈平缓展布。被开采后，破坏了原地层的完整性、连续性，局部岩性特征发生变化，电阻率等值线在异常地段也会出现较为明显的起伏或凌乱变化，根据等值异常线发生转折变化的拐点可以圈定采空区的边界范围。
应用高密度电法探测采空区以来，先后在广东省大宝山矿和南雄江头莹矿开展高密度电法工作，目的是查明该地区的采空区分布情况，为其综合治理提供理论依据，确保矿山生产和人员安全。
4.1高密度电法在广东省大宝山矿采空区探测中的应用
测区内出露地层主要为上古生代泥盆纪的一套地台坳陷型沉积，由河流滨海相砂页岩、砾岩至浅海相碎屑岩和火山岩组成。大宝山矿区为多金属矿区，矿产种类多（上有褐铁矿、菱铁矿；中有铜、铅、锌、硫等矿；下有钼矿），矿场规模宏大。采空区多因中深部的铜、铅、锌、硫等多金属矿被无序开采而存在。
通过地质资料对比及物性统计测量，多金属矿体电阻率一般在10～60Ω.m。而采空的区域由空气充填，电阻率会大幅增加，相对矿体围岩而言表现为高电阻率特征。这种电性差异为应用高密度电法探测采空区提供了较好的物性前提。因此，运用高密度电法探测采空区，主要根据高阻异常特征基本上可以判断采空区的位置和规模。
测区内主要存在有采矿施工、车辆运输等人工干扰，以及区域内底层产状陡峭、分布不均匀等。测量选用四级测深装置，点距为5m，该装置能获取最大的测量电流，有效地压制干扰。物探成果采用电阻率断面等值线图表示，选取10号线和75号线成果为例，分别如图2和图3。
图2中出现两处电阻率明显偏高的异常区域，呈封闭高阻圈。但整体看异常呈长轴状分布，且有从深部向浅部延伸的特点，因此推测其可能为采空区及采空区巷道；图3同样有高异常区域存在，表现为封闭的高阻圈或在下部有对应的高阻突起，推测其为采空区。为了验证这些异常，图2选择在水平距离50m处进行钻探，结果表明钻孔进尺在40m处掉钻近20m；图3选择水平距离210m处进行钻探，结果表明钻孔进尺在45m处掉钻近20m。 4.2高密度电法在南雄莹石矿中的应用
测区位于莹矿有限公司大院内，院内有房屋及采矿设备等，在院内地表已发现小规模开裂、塌陷，矿区已停止生产，采空区的存在严重威胁着生命和财产安全。测区覆盖层为粘土，其视电阻率一般40～250Ω.m。图4为1号线电阻率断面等值线成果图。
测线呈东西向展布，水平距离115～120m段为地表塌陷，在水平距离30m正南方向约15m为采矿斜井。由图可见：电阻率总体趋势上低下高，变化范围从几十到几百欧姆.米。在110～125m段浅部出现小高阻异常。深部的异常表现为半封闭高阻圈。其整体形态特征呈倒“V”型高阻异常。根据实地电阻率异常特征，结合收集到的采矿资料，推断水平距离41～63m、111～129m的高阻异常为采空区异常，埋深分别为20～35m、30～50m。为了验证这些异常，选择50米位置进行钻探，钻孔进尺25米处掉钻7米。
5结语
通过对实例的异常分析以及钻探验证，说明高密度电法探测采空区是有效 的，其推测采空区异常范围及深度与实际比较吻合；解释图件采用电阻率断面等值线图表示，能直观地反映地下地质体的结构特征，根据封闭、半封闭高阻圈等异常特征识别采空区效果显著。
在采空区探测中，须了解围岩与采空区的电性特征。在地形条件、地电条件相对复杂的地区进行探测时，应进行综合物探勘查，尽可能的获取更多的物探资料，进行综合解释。在资料解释过程中，尽可能结合已知断面或钻探结果进行解释，然后结合地下实际情况，不能用同一种推断进行解释，分别考虑采空区是干燥或填充水或已经塌陷等情况，分别对所得到的异常信息作出判断。
The Application of High Density Resitivity Method To Detecting Goaf
Che Haiqing Xiao Xiuming Zhu Hua
（Reseach Institue NO.290.CNNC，Guangdong Shaoguan 512026）
Abstract： The high density resitivity method is a new geophysical method which widely applied to engineering field. Hidden goaf threatens production and people’s safety. The most important is using the scientific and reasonable method to detect goaf. In this paper， accrosing to studying the apperaere resistivity anomaly which from actual profile of high density resitivity method， and the drilling tests show that the effect is good. Finally， the paper provids some applications for detecting goaf.
Key words： High density resitivity method； Goaf； Apparent resistivity